裸燕麦品种（系）丰产性和适应性评价

张志芬，付晓峰，杨海顺，冯佰利，高金锋，崔思宇，柴 岩，刘俊青

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；2.西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100）

燕麦是禾本科燕麦属（Avena）草本植物，一般分为带稃型和裸粒型两大类。裸粒型燕麦籽粒不带壳，称为裸燕麦（Avena nuda），是我国的主要栽培种，大多食用，少量饲用。我国燕麦种植区主要集中在西北、华北、西南等地区的高海拔、干旱和冷凉地带，东北（吉林、黑龙江、内蒙古东四盟市）半干旱农牧区是我国近年来在农业生态建设和种植业调整中新崛起的燕麦产区[1]。燕麦营养丰富，市场需求旺盛，同时，较强的适应性和抗旱、耐盐碱等特性使其成为应对气候变化的“先锋作物”和部分地区的保粮作物[2]。

品种的生产性能除受本身遗传因素影响外，环境条件对其影响也非常大，一个品种在特定地区的表现是基因型和环境因素共同作用的结果[3]。多年多点的品种试验是研究基因型与环境互作的主要方式，而在作物多环境试验中环境变异通常占总变异的80%以上，基因型与环境互作的变异又大于基因型的变异[4]，因此，在品种稳定性和适应性评价、试验环境评价与品种生态区划分的研究中必须重视并研究基因型与环境互作效应[5]。新品种的问世必须建立在对其高产和稳产性准确评价的基础上，这已成为区域试验品种鉴定的重要课题[5]。我国燕麦品种区域审定主要依据品种在整个目标环境中的平均表现，是一种广适性品种评价方法。该方法的缺点是不能体现品种的特殊适应性，而GGE 双标图可以将试点分区，且能筛选适合该地区的理想品种，并在图上直观体现，被认为是分析多年多点试验的理想方法。品种生态区是指作物生长环境较同质的生态区域，或年际间具有共同最佳品种的区域[6]。对品种进行生态区域划分可以有针对性地进行区域性生态育种和品种推广。关于利用GGE 双标图进行品种区域划分的报道较多[7-12]，张志芬等[13]用GGE 双标图分析了2006—2008年国家燕麦品种区域试验品种（系）产量稳定性及试点代表性；慕平等[14]基于GGE 双标图分析甘肃省不同生态区燕麦生产性能及适应性。GGE 双标图常用的数据定标方法有4 类[15]，不同的数据定标方法实质上是对不同试验点在品种评价上赋予不同的权重，这会或多或少地影响对品种和试验点的评价，SD 定标的GGE 双标图为其中一种，SD-GGE 用环境内品种均值间的标准差（SD）对各环境进行定标，在需要把各环境看得同等重要时，SD 定标的GGE 双标图应当是第一选择[16]。

国家裸燕麦区域试验从2000年开始由农业农村部农业技术推广中心组织实施，2016年结束，鉴定出一批广适性的品种，解决了我国燕麦主产区品种老化、产量低的问题。但由于区域试验结果分析采用算数平均值，对部分局部适应性好的品种评价有失公平，本研究基于2003—2014年共4 轮全国裸燕麦区域试验数据，分析了我国裸燕麦育成品种丰产性和适应性，以期为燕麦种植区域品种的选择提供依据。

1 材料和方法

1.1 参试品种和试验地点

2003—2014年共进行4 轮试验。第1 轮（2003—2005年）参试品种为冀张莜4 号（L2-1，CK）、农大360（L2-2）、9418（L2-3）、燕科2 号（L2-4）、坝莜5 号（L2-5）、9103-18（L2-6）；第2 轮（2006—2008年）参试品种为坝莜3 号（L3-1，CK）、保罗（L3-2）、蒙燕8474-1-2-2（L3-8）、坝莜8 号（L3-10）、坝莜10 号（L3-7）、S016（L3-6）、燕2004（L3-3）、9314-122（L3-9）、8652-3（L3-4）、白燕2 号（L3-5）；第3 轮（2009—2011年）参试品种为坝莜3 号（L4-9，CK）、yy02-80（L4-1）、H44（L4-2）、燕2007（L4-3）、莜麦9620-4（L4-4）、蒙燕2 号（L4-5）、W85（L4-6）、坝莜11号（L4-7）、西莜1 号（L4-8）；第4 轮（2012—2014年）参试品种为坝莜3 号（L5-1，CK）、坝莜13 号（L5-2）、品燕2 号（L5-3）、XZ04148（L5-4）、9227-3（L5-5）、白燕11 号（L5-6）、张莜7 号（L5-7）、张莜8 号（L5-8）、蒙燕861-1-2-1（L5-9）。

第1 轮7 个试点，包括内蒙古呼和浩特市（G1）、河北省张北县（G2）、山西省五寨县（G3）、宁夏固原县（G4）、甘肃省定西县（G5）、山西省大同市（G6）、新疆伊宁市（G7）；第2 轮12 个试点，包括G2、G3、G4、G5、G7，增加试点内蒙古武川县（G8）、河北省崇礼县（G9）、甘肃省会宁县（G10）、吉林省白城市（G11）、四川省昭觉县（G12）、贵州省威宁县（G13）、山西省右玉县（G21）；第3 轮16 个试点，包括 G2、G3、G4、G5、G7、G8、G9、G10、G11、G12、G21，另外增加内蒙古克什克腾旗（G14）、甘肃省合作市（G15）、宁夏西吉市（G16）、青海省西宁市（G17）、云南省昭通市（G18）；第4 轮14 个试点，包括G2、G3、G4、G5、G7、G8、G9、G10、G11、G12、G17、G21，另外增加内蒙古赤峰市（G19）和内蒙古乌兰察布市（G20）。

1.2 试验设计

田间试验均采用随机区组排列，重复3 次，8 行区，行长5 m，行宽2 m，小区面积10 m2。2003—2014年每3年进行一组试验，3年为1 轮，每1 轮内的试点和参试品种相同，每试验组数据以轮命名。田间管理水平略高于当地生产田，及时除草、施肥、防治病虫害，成熟时测定每个小区的产量。

1.3 数据处理

采用DPS V.14.10 统计学软件进行联合方差分析；采用GGE 双标图软件进行试点品种区域划分、试点代表性、品种稳定性和丰产性分析。

2 结果与分析

2.1 产量方差分析

由表1 可知，4 轮试验地点间、品种（基因型）间、品种（基因型）×地点的效应均达极显著水平（P＜0.01）。环境是影响产量变化的主要因素，占总变异的47.53%～83.95%；年份之间变异占总变异的0.55%～39.30%；品种与环境互作引起的变异占总变异的3.78%～9.98%；品种（基因型）变异影响最小，为1.64%～3.90%。第3 轮试验和第4 轮试验中G12 只有1年完整数据，因此未参加联合方差分析。

表1 燕麦品种区域试验产量联合方差分析结果

2.2 参试品种丰产性和稳定性

第1 轮裸燕麦区域试验（图1a），产量超过对照的品种有L2-2、L2-4、L2-3，L2-3 的平均产量最高，但稳定性差；L2-6 为稳定的低产品种。第2 轮裸燕麦区域试验（图1b），产量超过对照的品种有L3-2、L3-10、L3-7，且3 个品种稳定性较好，L3-7 的平均产量最高；L3-4 稳定性差、产量低；L3-6 为稳定的低产品种。第3 轮裸燕麦区域试验（图1c），平均产量超过对照的品种只有L4-5，且稳定性较好、适应性强；L4-3、L4-8 稳定性差、产量低；L4-4 为稳定的低产品种。第4 轮裸燕麦区域试验（图1d），产量超过对照的品种有L5-5、L5-4、L5-2、L5-8、L5-7，L5-7 的平均产量最高，L5-2、L5-8 稳定性较好；L5-3、L5-9 稳定性差、产量低，可能在局部具有推广价值。

图1 品种丰产性和稳定性双标图

2.3 品种最佳适应区域分析

第1 轮裸燕麦区域试验（图2a），试点G1、G2、G3 最适宜品种为L2-4；试点G4、G5、G6、G7 最适宜品种均为L2-3。第2 轮裸燕麦区域试验（图2b），试点G2、G7、G8、G9、G11、G13 最 适 宜 品 种 为L3-1（CK）；G2、G3、G21 最适宜品种为L3-10；G5、G10 最适宜品种为L3-4；G4、G12 最适宜品种为L3-7。第3 轮裸燕麦区域试验（图2c），试点G2、G3、G4、G5、G7、G8、G9、G10、G11、G12、G15、G16、G17、G18 最 适宜品种为L4-5；试点G14 最适宜品种为L4-3。第4 轮裸燕麦区域试验（图2d），所有试点最适宜品种均为L5-7，属于广适性品种；其次为L5-8、L5-2 和L5-4。

图2 品种区域划分GGE 双标图

2.4 试点代表性

第1 轮裸燕麦区域试验（图3a），代表性较好的试点为G7，其次是G2，再次是G3 和G4，代表性较差的是G1 和G5，因这一轮试验试点较少，所以试点无法进行聚类。

第2 轮裸燕麦区域试验（图3b），代表性较好的试点为G3 和G21，G8、G5、G10 代表性较差。参试点根据适宜种植的品种聚为2 类，其中，G5、G10、G4和G12 聚为一类，适宜种植的品种为L3-5、L3-2 和L3-7；G2、G3、G7、G8、G9、G11、G13 和G21 聚为一类，适宜种植的品种为L3-1。

第3 轮裸燕麦区域试验（图3c），代表性较好的试点为G17、G9、G3；G8、G4、G21 代表性较差。参试点聚为3 类，代表性较好的试点G17、G9、G3 聚为一类，适宜种植的品种为L4-5；试点G8、G7、G12、G18、G11、G15 和G5 聚为一类，无表现较好的品种；试点G14、G21、G16、G4、G10 和G2 聚为一类，适宜种植的品种为L4-1、L4-2 和L4-9。

第4 轮裸燕麦区域试验（图3d），代表性较好的试点为G3、G4、G21、G8；G5、G20 代表性较差。试点聚为3 类，代表性较好的试点G3、G4、G21、G8 聚为一类，适宜种植的品种为L5-7 和L5-8；试点G2、G5、G7、G9、G11 聚为一类，适宜种植的品种为L5-1、L5-2、L5-4、L5-5；试点G10、G12、G17、G19、G20 聚为一类，无表现好的品种。

图3 试点相似性GGE 双标图

3 讨论与结论

GGE 双标图充分考虑环境对基因型的影响，已有大量研究表明，GGE 双标图可以用于品种高产、稳产及品种区域划分的分析。GGE 双标图把大量关于品种和试点的数据信息用图表示，因其分析方法较为简单，结果更为直观、简明，广泛用于作物多年多点的区域试验结果分析中[17-21]。张志芬等[13]用GGE双标图对2006—2008年国家燕麦区域试验数据分析采用未定标的GGE 双标图（“Scaling=0”），用未定标GGE 双标图对试验点进行有效评价是有条件的，即各试验点的试验误差相同或相近[16]，而这个条件在实际中不一定能满足。用环境内品种均值间的标准差（SD）对各环境进行定标，即以环境SD 去除两向表中相应环境内各品种的数值，可以消除各环境在SD 上的差异；在需要把各环境看得同等重要时，SD 定标的GGE 双标图应当是第一选择[16]，本研究选择SD 定标的GGE 双标图。

作物品种区域试验的主要目的是评价品种[11，22]，品种的稳产性和适应性是决定其推广应用价值的重要指标[23]，适应性强的品种即使在环境条件恶劣的情况下也能保持高产的特性，实现稳产。国家裸燕麦区域试验采用算数平均值的方法筛选出广适性的品种，如张莜7 号、坝莜13 号和蒙燕2 号，平均产量较坝莜3 号增产5%以上，现已通过小宗粮豆品种委员会鉴定并命名。但基于所有试点内的平均表现进行品种鉴定与根据邻近试点表现应用品种的做法削弱了品种鉴定的意义[24]，在品种评价时应该考虑基因和基因与环境的相互作用。采用GGE 双标图分析出9418、坝莜10 号、蒙燕2 号、张莜7 号为高产稳产品种，GGE 双标图充分考虑环境对基因型的影响，更为精确。GGE 双标图不仅选择出了广适性的品种，还为高产但稳定性差的品种找到最适宜的种植区域，使得每一个品种均能充分发挥优势；也能筛选出稳定性好，但产量低的品种。国家区域试验第1 轮试点相对较少（7 个），随着试验的逐渐成熟和育种者对区域试验的重视，第3 轮和第4 轮试验试点数增加到16 个和14 个，基本囊括了燕麦所有主产区，认为参加第3 轮或第4 轮区试的品种，如果未找到适宜的种植区域则属于生产籽粒不具有推广价值的品种，如8652-3、莜麦9620-4、W85、坝莜11号、西莜1 号、白燕11 号、蒙燕861-1-2-1，莜麦9620-4 属于稳定低产品种，应该淘汰。

试点的选择是育种工作成败的重要因素[16]，用试点的代表性评价试验点是WEIKAI 等[15，25]利用GGE 双标图分析基因与环境互作问题提出的指标。代表性差的试点筛选的品种丰产性顺序与总体上的平均环境的顺序相反[19]，4 轮试验中山西省五寨县（G3）的试点代表性较好，在代表性较好的试点上选择出来的品种最有可能是在种植区域内所有试点上平均表现突出的，并具有广泛适应性的优良品种[16]，山西省五寨县（G3）为最适宜进行裸燕麦品种籽粒产量稳定性和适应性鉴定的试点。我国燕麦产区主要划分为华北燕麦产区、西北燕麦产区、西南燕麦产区和东北燕麦产区，华北区是裸燕麦的主产区[1]。但通过GGE 双标图进行品种区域划分发现，因品种不同试点区域划分完全不同，说明裸燕麦试点根据品种无法进行区域划分，育成品种普遍属于广适性，试点之间生态类型一致，均属于高寒冷凉地区，可能是导致无法进行品种区域划分的主要因素；另外可能由于人为因素导致，为了试验的完整性，试验管理好于大田，试点的生产水平可能并不能完全代表该区域燕麦的生产情况。

综上所述，环境是影响产量的主要因素，采用SD-GGE 双标图分析品种丰产性和适应性结果更为精确。研究结果表明，9418（L2-3）、坝莜10 号（L3-7）、蒙燕2 号（L4-5）和张莜7 号（L5-7）为丰产性和适应性较强的品种；山西省五寨县（G3）的代表性较好。

致谢：本研究引用国家4 轮裸燕麦品种区域试验数据，在此谨向参加国家裸燕麦品种区域试验工作的单位和人员致以谢意。感谢GGE 软件发明者严威凯老师对软件应用和数据分析的指导。